Біоремедіаційне відновлення нафтозабруднених ґрунтів: експериментальне дослідження

Abstract

Дослідження присвячене розробці та впровадженню біоремедіаційних технологій для відновлення нафтозабруднених ґрунтів України, які зазнали значного екологічного тиску внаслідок воєнних дій. Проблема нафтозабруднення ґрунтів, спричинена руйнуванням нафтової інфраструктури, призводить до деградації родючості, зниження біорізноманіття та порушення водно-повітряного режиму. У роботі використано комбінований підхід, що включає фіторемедіацію з використанням рослин-сидератів (сорго, просо) та мікробну біоремедіацію з застосуванням бактерій роду Pseudomonas (препарат «Біонорма»). Додатково досліджено вплив компосту та органічних добрив на прискорення самоочищення ґрунтів, що сприяє підвищенню активності мікроорганізмів і відновленню родючості. Експерименти проводилися в лабораторних умовах із 42 зразками ґрунту, що імітували сильне нафтозабруднення (46000 мг/кг). Результати показали, що сорго в комбінації з бактеріями Pseudomonas забезпечує найвищу ефективність у зниженні рівня забруднення, сприяючи формуванню органо-мінеральних агрегатів і нейтралізації фітотоксичності. Застосування методу «комп’ютерного зору» на базі нейромереж DeepLabv3 та YOLOv8 із використанням Raspberry Pi5 дозволило з точністю >95% оцінити динаміку росту рослин (зелену масу, висоту, кількість стебел). Агрохімічні аналізи підтвердили зміну рН ґрунту до нейтрального, зниження вмісту важких металів і часткове самоочищення ґрунту. Дослідження має наукову новизну завдяки комплексному підходу, адаптованому до специфічних ґрунтово-кліматичних умов регіону, та практичну цінність для рекультивації забруднених територій у поствоєнний період. Результати можуть бути використані для розробки рекомендацій з відновлення аграрних угідь, автоматизації моніторингу та включення до стра тегій сталого розвитку.

The study focuses on the development and implementation of bioremediation technologies for the restoration of oil-contaminated soils in Ukraine, which have been significantly impacted by environmental stress due to military activities. Oil pollution, caused by the destruction of oil infrastructure, leads to soil fertility degradation, biodiversity loss, and disruption of water-air regimes. The research employs a combined approach, integrating phytoremediation using cover crops (sorghum, millet) and microbial bioremediation with Pseudomonas bacteria («Bionorma» preparation). Additionally, the use of compost and organic fertilizers was investigated to enhance soil self-purification, boosting microbial activity and fertility restoration. Experiments were conducted under laboratory conditions with 42 soil samples simulating severe oil contamination (46,000 mg/kg). The results demonstrated that sorghum, combined with Pseudomonas bacteria, exhibits the highest efficiency in reducing contamination levels, promoting the formation of organo-mineral aggregates, and neutralizing phytotoxicity. The application of the «computer vision» method based on DeepLabv3 and YOLOv8 neural networks, using Raspberry Pi5, enabled the dynamic assessment of plant growth parameters (green mass, height, stem count) with over 95% accuracy. Agrochemical analyses confirmed a shift in soil pH to neutral, a reduction in heavy metal content, and partial self-purification of chernozems. The study is scientifically novel due to its comprehensive approach tailored to the region’s specific soil-climatic conditions and holds practical value for the reclamation of contaminated areas in the post-war period. The findings can be used to develop recommendations for restoring agricultural lands, automating monitoring processes, and integrating into sustainable development strategies.